Dr. Vi bad honom att hjälpa oss förklara den ovanliga regionen i vårt solsystem.
Strax efter att Pluto upptäcktes av Clyde Tombaugh den 18 februari 1930, började astronomer att teoretisera att Pluto inte var ensam i det yttre solsystemet. Med tiden började de posulera existensen av andra föremål i regionen, som de skulle upptäcka 1992. Kort sagt, teoriserade existensen av Kuiper Belt - ett stort skräpfält i utkanten av solsystemet innan det någonsin upptäckt.
Definition:
Kuiper-bältet (även känt som Edgeworth – Kuiper-bältet) är ett område i solsystemet som finns utanför de åtta stora planeterna, som sträcker sig från Neptunus bana (vid 30 AU) till cirka 50 AU från solen. Det liknar asteroidbältet, genom att det innehåller många små kroppar, alla rester från solsystemets bildning.
Men till skillnad från Asteroidbältet är den mycket större - 20 gånger så bred och 20 till 200 gånger så massiv. Som Mike Brown förklarar:
Kuiper Belt är en samling kroppar utanför Neptuns omloppsbana som, om ingenting annat hade hänt, om Neptun inte hade bildats eller om saker och ting hade gått lite bättre, kanske de kunde ha samlats själva och bildat nästa planet ut bortom Neptun. Men istället, i solsystemets historia, när Neptune bildades, ledde det till att dessa föremål inte kunde samlas, så det är bara detta bälte av material bortom Neptun.
Upptäckt och namngivning:
Strax efter Tombaughs upptäckt av Pluto började astronomer fundera över förekomsten av en transneptunisk population av föremål i det yttre solsystemet. Den första som föreslog detta var Freckrick C. Leonard, som började föreslå existensen av ”ultra-Neptuniska kroppar” bortom Pluto som helt enkelt inte hade upptäckts ännu.
Samma år föreslog astronomen Armin O. Leuschner att Pluto "kan vara ett av många långvariga planetobjekt som ännu inte har upptäckts." 1943, i Journal of the British Astronomical Association, Kenneth Edgeworth förklarade ytterligare om ämnet. Enligt Edgeworth var materialet i den ursprungliga solnebulan bortom Neptun för stort avstånd för att kondensera till planeter, och kondenseras så ganska till en mängd mindre kroppar.
1951, i en artikel för tidskriften Astrofysik, den holländska astronomen Gerard Kuiper spekulerade på en liknande skiva som bildats tidigt i solsystemets utveckling. Ibland skulle ett av dessa föremål vandra in i det inre solsystemet och bli en komet. Idén med denna "Kuiper Belt" var vettig för astronomer. Inte bara hjälpte det till att förklara varför det inte fanns några stora planeter längre ut i solsystemet, utan också bekvämt lindade mysteriet om var kometer kom ifrån.
År 1980, i de månatliga meddelandena från Royal Astronomical Society, spekulerade den uruguayanska astronomen Julio Fernández att ett kometbälte som låg mellan 35 och 50 AU skulle behöva redovisa det observerade antalet kometer.
Efter uppföljningen av Fernándezs arbete, 1988, körde ett kanadensiskt team av astronomer (teamet av Martin Duncan, Tom Quinn och Scott Tremaine) ett antal datorsimuleringar och bestämde att Oort-molnet inte kunde redogöra för alla kometer på kort tid. Med ett "bälte", som Fernández beskrev det, läggs till formuleringarna, matchade simuleringarna observationer.
1987 började astronom David Jewitt (då vid MIT) och den forskarstuderande Jane Luu att använda teleskop vid Kitt Peak National Observatory i Arizona och Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile för att söka i det yttre solsystemet. 1988 flyttade Jewitt till Institutet för astronomi vid University of Hawaii, och Luu gick senare med honom för att arbeta vid universitetets Mauna Kea-observatorium.
Efter fem års sökning, den 30 augusti 1992, tillkännagav Jewitt och Luu "Upptäckten av kandidat Kuiper-bälteobjektet" (15760) 1992 QB1. Sex månader senare upptäckte de ett andra objekt i regionen, (181708) 1993 FW. Många, många fler skulle följa ...
I sitt papper från 1988 hänvisade Tremaine och hans kollegor till den hypotetiska regionen utanför Neptun som "Kuiper Belt", tydligen på grund av att Fernández använde orden "Kuiper" och "comet belt" i sitt inledande mening. Även om detta har förblivit det officiella namnet, använder astronomer ibland det alternativa namnet Edgeworth-Kuiper-bältet för att kreditera Edgeworth för hans tidigare teoretiska arbete.
Vissa astronomer har dock gått så långt som att hävda att ingen av dessa namn är korrekta. Till exempel hävdade Brian G. Marsden - en brittisk astronom och den långvariga direktören för Minor Planet Center (MPC) vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - att "Varken Edgeworth eller Kuiper skrev om något på distans som det vi nu ser, men Fred Whipple (den amerikanska astronomen som kom med "komethypotesen" smutsig snöboll) gjorde ".
Vidare kommenterade David Jewitt att "Om något ... Fernández förtjänar nästan kredit för att förutsäga Kuiper Belt." På grund av kontroversen med dess namn rekommenderas termen trans-Neptunian objekt (TNO) för objekt i bältet av flera vetenskapliga grupper. Detta anses emellertid som otillräckligt av andra, eftersom det kan betyda vilket objekt som helst utanför Neptuns omloppsbana och inte bara föremål i Kuiper Belt.
Sammansättning:
Det har hittats mer än tusen föremål i Kuiper Belt, och det är teoretiserat att det finns så många som 100 000 objekt större än 100 km i diameter. Med tanke på deras lilla storlek och extrema avstånd från jorden är den kemiska sammansättningen av KBO: er mycket svår att fastställa.
Men spektrografiska studier som gjorts av regionen sedan dess upptäckt har generellt visat att dess medlemmar främst består av is: en blandning av lätta kolväten (som metan), ammoniak och vattenis - en sammansättning som de delar med kometer. Inledande studier bekräftade också ett brett spektrum av färger bland KBO, allt från neutralt grått till djuprött.
Detta antyder att deras ytor består av ett brett spektrum av föreningar, från smutsiga isar till kolväten. 1996 gav Robert H. Brown et al. erhöll spektroskopisk data på KBO 1993 SC, vilket avslöjade dess ytkomposition att vara väsentligen lik Pluto, liksom Neptuns mån Triton, som innehöll stora mängder metanis.
Vattenis har detekterats i flera KBO, inklusive 1996 TO66, 38628 Huya och 20000 Varuna. 2004 gjorde Mike Brown et al. bestämde förekomsten av kristallint vattenis och ammoniakhydrat på en av de största kända KBO: erna, 50000 Quaoar. Båda dessa ämnen skulle ha förstörts under solsystemets ålder, vilket tyder på att Quaoar nyligen hade återuppstått, antingen genom intern tektonisk aktivitet eller genom meteoritpåverkan.
Att hålla Pluto-företaget ute i Kuiper-bältet är många andra objekt som är värda att nämna. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus och Eris är alla stora iskroppar i bältet. Flera av dem har till och med sina månar. Dessa är alla oerhört långt borta, och ändå, mycket inom räckhåll.
Utforskning:
Den 19 januari 2006 lanserade NASA Nya horisonter rymdsond för att studera Pluto, dess månar och ett eller två andra Kuiper Belt-objekt. Från och med 15 januari 2015 började rymdskeppet närma sig till dvärgplaneten och förväntas göra en flyby senast den 14 juli 2015. När det når området förväntar sig astronomer flera intressanta fotografier av Kuiper Belt också.
Ännu mer spännande är det faktum att undersökningar av andra solsystem indikerar att vårt solsystem inte är unikt. Sedan 2006 har det funnits andra "Kuiper-bälten" (dvs isiga skräpbälten) runt nio andra stjärnsystem. Dessa verkar falla i två kategorier: breda bälten, med radier på över 50 AU, och smala bälten (som vår egen Kuiper Belt) med radier mellan 20 och 30 AU och relativt skarpa gränser.
Enligt infraröda undersökningar antas uppskattningsvis 15–20% av stjärnor av soltyp ha massiva Kuiper-Belt-liknande strukturer. De flesta av dessa verkar vara ganska unga, men tvåstjärniga system - HD 139664 och HD 53143, som observerades av Hubble Space Telescope 2006 - beräknas vara 300 miljoner år gamla.
Kuiper-bältet är enormt och outforskat och är källan till många kometer och tros vara ursprungspunkten för alla periodiska eller kortperiodiga kometer (dvs sådana med en bana som varar 200 år eller mindre). Den mest kända av dessa är Halley's Comet, som har varit aktiv de senaste 16 000–200 000 åren.
Kuiper Beltens framtid:
När han inledningsvis spekulerade i att det fanns ett bälte med föremål bortom Neptun, indikerade Kuiper att ett sådant bälte troligen inte fanns längre. Naturligtvis har efterföljande upptäckter visat sig vara fel. Men en sak som Kuiper definitivt hade rätt om var tanken att dessa transneptuniska objekt inte kommer att pågå för evigt. Som Mike Brown förklarar:
Vi kallar det ett bälte, men det är ett mycket brett bälte. Det är ungefär 45 grader över himlen - det här stora materialet som just har blivit kärnat av Neptune. Och dessa dagar, istället för att göra en större och större kropp, kolliderar de bara och sakta maler ner i damm. Om vi kommer tillbaka om ytterligare hundra miljoner år finns det ingen Kuiper Belt kvar.
Med tanke på potentialen för upptäckt, och vad en noggrann undersökning kan lära oss om vår solsystemets tidiga historia, ser många forskare och astronomer fram emot dagen när vi kan undersöka Kuiper Belt mer i detalj. Här hoppas att Nya horisonter uppdraget är bara början på kommande decennier av forskning om denna mystiska region!
Vi har många intressanta artiklar här på Space Magazine om ämnet om det yttre solsystemet och Trans-Neptunion Objects (TNOs).
Och se till att kolla in denna artikel om planeten Eris, den senaste dvärgplaneten och den största TNO som upptäcktes.
Och astronomer förväntar sig att upptäcka ytterligare två stora planeter i vårt solsystem.
Space Magazine har också en fullängdsintervju med Mike Brown från Caltech.
Podcast (ljud): Ladda ner (Längd: 4:28 - 4.1MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Ladda ner (82,7 MB)
Prenumerera: Apple Podcasts | Android | RSS
